Невероятное-4: Россия создала квантовый компьютер с рекордными характеристиками
На закрытом заседании оборонного комитета Конгресса США нашу страну торжественно включили в элитный клуб "квантовых государств"
Никита Ростовский

Невероятное-4: Россия создала квантовый компьютер с рекордными характеристиками

На сайте Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана появилась новость о начале работы отечественного четырехбитного сверхпроводникового квантового процессора Snowdrop 4Q, созданного совместно с ФГУП "ВНИИА" и Бауманкой. В него входит сам чип на основе четырех кубитов, модули считывания их сигналов с параметрическими криоусилителями и блоки управляющей электроники.

В сообщении также говорится, что средняя точность однокубитных операций составила 99,76%, двухкубитных операций - 99,11%, точность считывания - 96,18%. Достигнутые параметры процессора позволили реализовать серию сложных алгоритмов.

Для сравнения: в самом современном квантовом процессоре IBM Torino 133 с архитектурой Heron R1 средняя точность двухкубитных операций равна 99,14%, что лишь немного превышает российский результат.

"Лучшее испытание квантового процессора - это запустить на нем сложный алгоритм с использованием всех имеющихся кубитов, что мы и сделали", - сказал Никита Смирнов, ведущий разработчик квантовых процессоров НОЦ ФМН.

По его словам, "калибровка и полная характеризация квантовой системы - сложный процесс. Точности логических операций, которых достиг наш чип архитектуры Snowdrop 4Q с высококогерентными кубитами (Scientific Reports volume 14, 7326 (2024)), позволили провести целую серию экспериментов, каждый из которых в перспективе направлен на решение практических задач".

Мировой путь к квантовым вычислениям, в том числе и в российской науке, свидетельствует о неизменной приверженности к расширению технологических границ. Другими словами, речь идет о переходе научной фантастики в реальную сферу, причем и здесь подтверждается закон Мура, который предсказал экспоненциальный рост вычислительной мощности.

Напомним, сформулированный Гордоном Муром в 1965 году закон гласит, что количество транзисторов в микрочипе удваивается примерно каждые два года, что приводит к экспоненциальному увеличению вычислительной мощности. Это предсказание сохраняется уже более пяти десятилетий, способствуя быстрому развитию цифровых технологий.

Однако по мере приближения к физическим пределам технологий на основе кремния будущее микроэлектроники становится неопределенным. Размер транзисторов приближается к атомному масштабу, и дальнейшая миниатюризация может привести к квантовомеханическим эффектам, которые будут мешать их работе. И лишь достижение средней точности однокубитных операций 99% позволило ученым заявить, что начинается распространение Закона Мура на квантовую сферу.

К слову, кубиты являют собой схемы из сверхпроводящих материалов, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно, что является важным свойством, обеспечивающим возможность квантовых вычислений. Но куда важнее разработка квантовых межсоединений, известных как кубитовые соединители. Создание четырехбитного сверхпроводникового квантового процессора Snowdrop 4Q позволяет увеличивать мощность процессора на уже имеющихся технологиях, чем, собственно, занимаются американцы.

"Преимущества сверхпроводниковых кубитов - в возможности выбора способов их связи друг с другом и методов реализации логических операций. При этом технология позволяет наращивать мощности компьютеров, увеличивая количество кубитов. Важно также, что производство таких устройств хорошо освоено, - прокомментировал разработку младший научный сотрудник лаборатории "Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы" Российского квантового центра Илья Симаков.

Согласно заявлению ведущих ученых, повышение точности вычислений является одной из самых серьезных проблем в этой области. Ее решение включает обнаружение и исправление ошибок во время квантовых вычислений, что крайне важно для разработки практического крупномасштабного квантового компьютера.

Для того, чтобы квантовые процессоры могли превзойти классические компьютеры на чипах по 14 нм технологии, по расчетам специалистов Intel, нужно преодолеть порог в 50 кубитов и добиться 100% точности как вычислений, так и считывания.

Одним из основных препятствий является проблема квантовой декогеренции, когда кубит теряет свое квантовое состояние из-за взаимодействия с окружающей средой. Это особенно серьезная проблема для кремниевых спиновых кубитов, поскольку они чувствительны к окружающей среде. Чтобы решить эту проблему, требуется разработать способы изоляции кубитов и увеличения времени их когерентности.

Другой супер-проблемой является сложность управления и считывания состояния кубита. Для этого требуется точное манипулирование спином электрона, что является невероятно трудной задачей. Ученые идут по пути использования микроволновых импульсов для изменения спина электрона.

На закрытых слушаниях в оборонном комитете Конгресса США заявлено, что членство в клубе квантовых вычислений более престижно, чем в ядерном клубе образца 1960-х годов. Другими словами, сегодня создать рабочий квантовый процессор намного сложнее, чем после Второй мировой войны сделать атомную бомбу. Только три страны - США, КНР и Россия конкурируют между собой в этой области.

А тем временем где-то на Украине Зе-боты и ЛОМы (лидеры общественного мнения) упорно и систематически вбивают желто-блакитными гвоздями в голову щирым громадянам нарратив о "безунитазной Рашке", как о стране на болоте, которая, в отличие от "сиятельной незалежной", никогда не станет на одну ступень с "божественными Соединенными Штатами"…